DE102024123297A1

DE102024123297A1 - Laserpackage und verfahren zur herstellung eines laserpackage

Info

Publication number: DE102024123297A1
Application number: DE102024123297.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Froehlich; Joerg Erich Sorg
Original assignee: Ams Osram International GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2024-08-14
Filing date: 2024-08-14
Publication date: 2026-02-19
Also published as: WO2026037896A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laserpackage umfassend ein Bodenelement, das eine Anordnungsfläche aufweist, auf der wenigstens ein Halbleiterlaserelement angeordnet ist das dazu ausgebildet ist Licht entlang einer ersten optischen Achse zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Anordnungsfläche verläuft. Das Laserpackage umfasst außerdem ein einstückig ausgebildetes Umlenkelement, das im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf der Anordnungsfläche angeordnet ist und das dazu ausgebildet ist das entlang der ersten optischen Achse emittierte und über eine Lichteintrittsfläche des Umlenkelementes eingekoppelte Licht über eine Lichtaustrittsfläche des Umlenkelementes entlang einer zweiten optischen Achse auszukoppeln, die im Wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse versetzt ist. Ferner umfasst das Laserpackage eine optische Anordnung, die im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes dem Umlenkelement nachgeordnet auf der Anordnungsfläche angeordnet ist. Die optische Anordnung ist dazu ausgebildet ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung zu kollimieren und/oder ist dazu ausgebildet ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung zu homogenisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserpackage sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Laserpackage.
HINTERGRUND
Für LIDAR-Systeme kann es notwendig sein, ein gewünscht geformtes Strahlprofil bereitzustellen. Beispielsweise kann es gewünscht sein, ein Strahlprofil bereitzustellen, dass entlang zumindest einer Richtung (z.B. schnelle Achse, engl. Fast Axis) kollimiert und/oder entlang zumindest einer Richtung (z.B. langsame Achse, engl. Slow Axis) homogenisiert ist. Insbesondere im Fall eines Mehr-Kanal-Lasers mit mehreren optisch und elektrisch voneinander getrennten und nebeneinander angeordneten Laserkanälen kann beispielsweise ein emittiertes Strahlprofil in Form einer Linie gewünscht sein. Gegenwärtig erfordert dies jedoch eine komplexe Anordnung von optischen Komponenten, die das ausgesendete Licht präzise formen und richten müssen. Im Wesentlichen geht es entsprechend um zumindest eine der zwei Aufgaben: Eine Kollimation des Lichts entlang der Fast Axis des emittierten Lichtkegels und eine Homogenisierung des Lichts entlang der Slow Axis des emittierten Lichtkegels.
Um eine solches Strahlprofil zu erreichen, sind mehrere optische Elemente erforderlich, darunter Linsen, Spiegel und Prismen. Jedes dieser Elemente muss exakt platziert und ausgerichtet sein, um die gewünschte Strahlform zu erzeugen. Hierbei stellen bereits geringfügige Platzierungsungenauigkeiten eine Herausforderung dar, da sie die Divergenz des emittierten Lichts und somit die Genauigkeit des LIDAR-Systems beeinträchtigen können. Insbesondere zur Erreichung einer gewünschten Restdivergenz des kollimierten Lichts von beispielsweise kleiner ±0.05° (nahezu perfekt kollimiert) muss mit handelsüblichen Linsen und üblichen Platzierungsgenauigkeiten ein Mindestabstand zwischen Laser und Linse von ca. 13mm oder ca. 8mm eingehalten werden. Ein Stapeln von Laser und Bauelementen führt daher zu einer großen Höhe der Anordnung (und damit zu Risiken bei der Herstellbarkeit), und es besteht die Gefahr, dass sich Komponenten der Anordnung abhängig von der Temperatur ausdehnen, sodass die Kollimationslinse defokussiert wird und die Anforderungen an die geringe Restdivergenz nicht mehr eingehalten werden können. Gleichzeitig kann es auch gewünscht sein, ein derartiges LIDAR-System sehr kompakt auszugestalten.
Bisher wurden für LIDAR-Systeme typischerweise Glaslinsen verwendet, die außerhalb eines Laserpackages vor diesem angeordnet werden. Solche LIDAR-Systeme erfüllen jedoch zumeist nicht die Anforderungen an eine sehr geringe Restdivergenz oder sind sehr aufwändig herzustellen. Zudem sind kaum oder keine kompakteren Lösungen bekannt, die gleichzeitig eine gewünschte Strahlformung des emittierten Lichts mit einer ausreichend geringen Restdivergenz bereitstellen.
Es besteht demnach das Bedürfnis, zumindest einem der vorstehend beschriebenen Probleme entgegenzuwirken und eine verbesserte Laseranordnung bereitzustellen. Ferner besteht das Bedürfnis ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Laseranordnung bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diesem Bedürfnis wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen des vorgeschlagenen Prinzips sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zur Lösung des Problems schlagen die Erfinder vor, neben einem Halbeliterlaserelement ein Umlenkelement in Kombination mit einer optischen Anordnung auf einer Anordnungsfläche innerhalb eines Laserpackages vorzusehen, die eine Kollimation und/oder Homogenisierung des emittierten Lichts innerhalb des Laserpackages ermöglicht. Die Erfindung sieht eine Integration der optischen Komponenten auf derselben Substratebene vor auf der auch das Halbleiterlaserelement angeordnet ist, wodurch die Höhe des Packages verringert und die Herstellbarkeit des Packages erleichtert werden kann. Um eine derartige Anordnung zu ermöglichen, wird ein Umlenkelement verwendet, dass die optische Achse des von dem Halbleiterlaserelement emittierten Laserstrahls im Wesentlichen parallel nach oben verschiebt, um eine Störung des divergenten Strahls durch Reflektion/Absorption am Substrat, also ein sog. Beam clipping, zu verhindern. Dadurch kann zum einen ein sehr kompaktes System bereitgestellt werden, und zum anderen können die benötigten Komponenten bereits beim Zusammenbau des Laserpackages aufeinander abgestimmt werden, sodass die Montage des Systems in Form eines Laserpackages in einem Endprodukt deutlich erleichtert ist. Außerdem wird durch die Integration der optischen Komponenten sowie des Halbeleiterlaserelementes auf demselben ebenen Substrat mit beispielsweise geringem CTE eine Defokussierung des optischen Elementes zur Kollimation verhindert.
Beispielsweise ist es möglich innerhalb des Laserpackages eine Vorkollimation oder sogar Vollkollimation der stark divergenten Fast Axis und durchzuführen. Dadurch kann im Weiteren auf die Verwendung einer weiteren, dem Laserpackage nachgeordneten, Kollimationslinse verzichtet werden, da das emittierte Licht einen angepassten Divergenzwinkel aufweist. Außerdem kann so das Strahlprofil mehrerer nebeneinander angeordneter Kanäle eines Halbleiterlaserelementes innerhalb des Laserpackages entlang beispielsweise der Slow Axis homogenisiert werden, sodass mittels dem Laserpackage ohne weitere, dem Laserpackage nachgeordnete, Linsen oder optische Komponenten ein gewünschtes Strahlprofil in Form von beispielsweise einer (dünnen) Linie erzeugt werden kann.
Die optische Anordnung kann dabei durch ein oder mehrere optische Elemente gebildet sein, die im Strahlengang des Halbleiterlaserelementes innerhalb des Laserpackages angeordnet sind und eine entsprechende Kollimation und/oder Homogenisierung des emittierten Lichts bewirken. Beispielsweise kann die optische Anordnung auch ein lichtformendes auf/in dem Umlenkelement des Laserpackages angeordnetes optische Element und/oder ein in ein Deckelelement des Laserpackages integriertes optisches Element umfassen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Laserpackage ein Bodenelement, das eine Anordnungsfläche aufweist, auf der wenigstens ein Halbleiterlaserelement angeordnet ist. Das Halbleiterlaserelement ist dabei dazu ausgebildet Licht entlang einer ersten optischen Achse zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Anordnungsfläche verläuft. Ferner umfasst das Laserpackage ein einstückig ausgebildetes Umlenkelement, das im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf der Anordnungsfläche angeordnet ist und dazu ausgebildet ist das entlang der ersten optischen Achse emittierte und über eine Lichteintrittsfläche des Umlenkelementes eingekoppelte Licht über eine Lichtaustrittsfläche des Umlenkelementes entlang einer zweiten optischen Achse auszukoppeln, die im Wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse versetzt ist.
Zudem umfasst das Laserpackage eine optische Anordnung, die im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes dem Umlenkelement nachgeordnet auf der Anordnungsfläche angeordnet ist, und die dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren und/oder die dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren.
Das Laserpackage ist dazu ausgebildet während dessen Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, insbesondere Laserstrahlung. Das Laserpackage ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren unterschiedlichen Wellenlängen zu erzeugen, die beispielsweise im Wellenlängenbereich zwischen Infrarotstrahlung und UV-Strahlung liegen. Insbesondere kann die elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von Infrarotstrahlung und/oder UV-Strahlung liegen.
Das Laserpaket kann insbesondere so ausgebildet sein, dass es im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt, die bei Betrachtung der Form des emittierten Laserstrahls einen elliptischen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Emissionsrichtung aufweist. Ein Grund dafür kann sein, dass sich die von dem Laserpaket ausgesandte elektromagnetische Strahlung aufgrund der Form eines aktiven Bereichs des Laserpakets in zwei zueinander senkrechten Richtungen senkrecht zur Emissionsrichtung mit unterschiedlichen Divergenzwinkeln ausbreitet.
Die Achse mit dem größeren Divergenzwinkel wird dabei als schnelle Achse bezeichnet, während die Achse mit dem kleineren Divergenzwinkel als langsame Achse bezeichnet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Laserpackage wenigstens ein Halbleiterlaserelement. Bei dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement kann es sich insbesondere um einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip handeln. Es ist jedoch auch denkbar, dass das wenigstens eine Halbleiterlaserelement durch einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip gebildet ist, der derart angeordnet ist, um Licht entlang einer ersten optischen Achse zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Anordnungsfläche verläuft.
Das wenigstens eine Halbleiterlaserelement umfasst beispielsweise einen Halbleiterkörper, reflektierende Außenflächen, die wenigstens einen Resonator bilden und elektrische Anschlussstellen zur Kontaktierung des Halbleiterlaserelements.
Das wenigstens eine Halbleiterlaserelement umfasst wenigstens eine Laserfacette. An der wenigstens einen Laserfacette des wenigstens einen Halbleiterlaserelements tritt im Betrieb das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement erzeugte Licht aus. Die wenigstens eine Laserfacette kann beispielsweise an eine gegenüber einer Vorderseite zurückversetzten Außenfläche des wenigstens einen Halbleiterlaserelements ausgebildet sein, beispielsweise an einer zurückversetzten Seitenfläche oder Deckfläche, oder kann direkt an der Vorderseite bzw. Außenfläche des wenigstens einen Halbleiterlaserelements ausgebildet sein.
Das wenigstens eine Halbleiterlaserelement umfasst wenigstens eine aktive Zone, welche den Bereich der wenigstens einen Laserfacette umfasst, an der die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung das Halbleiterlaserelement verlässt. Beispielsweise grenzt im Bereich der aktiven Zone eine aktive Schicht des Halbleiterlaserelements an eine reflektierende Schicht des Halbleiterlaserelements, die Teil des wenigstens einen Resonators des Halbleiterlaserelements ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Laserpackage ein einstückig ausgebildetes Umlenkelement und eine optische Anordnung, die im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf der Anordnungsfläche angeordnet sind. Das Umlenkelement und die optische Anordnung folgen der Laserfacette des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes, insbesondere in einer Abstrahlrichtung des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes, nach.
Insbesondere ist das Umlenkelement und die optische Anordnung derart ausgebildet und angeordnet, dass sämtliche oder zumindest ein Großteil des Lichts, das das wenigstens eine Halbleiterlaserelement verlässt, durch das Umlenkelement und die optische Anordnung tritt und von diesen optisch beeinflusst wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das einstückig ausgebildete Umlenkelement durch einen im wesentlichen transparenten Volumenkörper gebildet, der eine Lichteintritts- und eine Lichtaustrittsfläche aufweist. Die Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche und/oder eine oder mehrere reflektierende Oberflächen des Umlenkelementes können dabei derart angeordnet und ausgebildet sein, dass das entlang der ersten optischen Achse emittierte und über die Lichteintrittsfläche des Umlenkelementes eingekoppelte Licht über die Lichtaustrittsfläche des Umlenkelementes entlang der zweiten optischen Achse ausgekoppelt wird, wobei die zweite optische Achse im Wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse versetzt ist.
Beispielsweise können die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche gegenüber der Anordnungsfläche verkippt sein, und insbesondere mit der Anordnungsfläche einen Winkel von kleiner 90° einschließen. Dadurch kann beispielsweise aufgrund von Brechungsindexsprüngen zwischen einem angrenzenden Medium und der Lichteintrittsfläche und/oder der Lichtaustrittsfläche das entlang der ersten optischen Achse emittierte Licht unter einem entsprechend geänderten Winkel in das Umlenkelement eingekoppelt werden und/oder das durch das Umlenkelement transmittierte Licht entlang der zweiten optischen Achse aus dem Umlenkelement ausgekoppelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche im Wesentlichen parallel zueinander. Insbesondere können die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche durch zwei planparallele Ebenen gebildet sein, die dazu beitragen, dass das entlang der ersten optischen Achse emittierte Licht unter einem entsprechend geänderten Winkel in das Umlenkelement eingekoppelt wird und/oder das durch das Umlenkelement transmittierte Licht entlang der zweiten optischen Achse aus dem Umlenkelement ausgekoppelt werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Umlenkelement wenigstens eine erste und eine der ersten gegenüberliegende zweite reflektierende Oberfläche umfassen, die im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes zwischen der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche angeordnet sind. Die reflektierenden Oberflächen können dabei derart ausgebildet und angeordnet sein, ein über die Lichteintrittsfläche eingekoppeltes Licht innerhalb des Umlenkelementes in Richtung der Lichtaustrittsfläche umzulenken. Dazu können die erste und/oder zweite reflektierende Oberfläche beispielsweise gegenüber der Anordnungsfläche verkippt sein, und insbesondere mit der Anordnungsfläche einen Winkel von kleiner 90° einschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement und dem Umlenkelement bzw. zwischen der Laserfacette des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes und dem Umlenkelement ein Füllmaterial vorgesehen, um das Umlenkelement mit der Laserfacette des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes zu koppeln. Das Füllmaterial kann insbesondere durch Silikon oder Polysiloxan gebildet sein und insbesondere einen Brechungsindex aufweisen, der sich vom Brechungsindex des Materials des Halbleiterlaserelementes und des Umlenkelementes unterscheidet. Zudem kann durch ein derartiges Füllmaterial auch die Laserfacette des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes weiter geschützt werden. Insbesondere kann so ein wirksamer Schutz der Facette vor Partikeln erreicht werden, die sonst zu einem Ausfall des Halbleiterlaserelementes führen könnten. Im weiteren Strahlengang ist der divergente Laserstrahl bereits so stark aufgeweitet, dass Partikel weniger kritisch sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Laserpackages ist die optische Anordnung dazu ausgebildet, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse (engl. slow axis) des Lichts, zu homogenisieren. Beispielsweise kann die optische Anordnung dazu ausgebildet sein, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang der schnellen Achse und der langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren, oder die optische Anordnung kann dazu ausgebildet sein, ein von dem wenigstens eine Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang der schnellen Achse oder der langsamen Achse zu homogenisieren.
Unter dem Begriff homogenisieren kann insbesondere verstanden werden, dass das Licht entlang der Richtung, in die das Licht homogenisiert werden soll über einen definierten Bereich homogen also im wesentliche gleich verteilt abgestrahlt wird. Dies kann insbesondere gewünscht sein, wenn das Licht mehrerer „einzelner“ Lichtkegel mehrerer benachbarter Halbleiterlaserelemente oder benachbarter Laserkanäle eines Halbleiterlaserelements einen definierten Bereich gemeinsam homogen ausleuchten sollen. Entsprechend kann durch eine Homogenisierung verhindert werden, dass Bereiche zwischen den Lichtkegeln nicht oder nur kaum ausgeleuchtet werden. Im Falle eines LIDAR-Systems kann es beispielsweise gewünscht sein mittels eines Mehr-Kanal-Lasers ein gemeinsames Strahlprofil in Form einer (schmalen) Linie zu erzeugen, wobei die Intensität entlang der Linie im Wesentlichen konstant sein sollte. Dazu kann es beispielsweise von Nöten sein, die mehreren benachbarten Lichtkegel zu „überlagern“, um ein homogenes Strahlprofil zu erhalten. Dadurch entfallen gegenüber einem nicht homogenisierten Strahlprofil Bereiche zwischen den Lichtkegeln, die nicht oder nur kaum beleuchtet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Laserpackages ist die optische Anordnung dazu ausgebildet, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse (engl. fast axis) des Lichts, zu kollimieren. Beispielsweise kann die optische Anordnung dazu ausgebildet sein, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang der schnellen Achse und der langsamen Achse des Lichts, zu kollimieren, oder die optische Anordnung kann dazu ausgebildet sein, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang der schnellen Achse oder der langsamen Achse zu kollimieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die optische Anordnung dazu ausgebildet ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang einer ersten Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren und entlang einer zweiten Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren. Dadurch kann für den Fall eines Mehr-Kanal-Lasers ein Strahlprofil in Form einer (schmalen) Linie erzeugt werden. Beispielsweise kann die optische Anordnung auch dazu ausgebildet sein, das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierte Licht entlang der zweiten Richtung zu kollimieren und innerhalb des kollimierten Bereichs zudem zu homogenisieren, bzw. das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierte Licht entlang der zweiten Richtung zu homogenisieren und das homogenisierte Licht dann zu kollimieren, also an den „Rändern“ des homogenisierten Bereichs zu kollimieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung zumindest eines aus einem Mikrolinsenarray, einer Kollimationslinse; und einem Prisma.
Beispielsweise umfasst die optische Anordnung ein optisches Element zur Strahlformung mittels optischer Brechung, z.B. eine Linse zur Kollimation und/oder Fokussierung der Laserstrahlung. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die optische Anordnung ein diffraktives optisches Element (auch DOE) umfasst, bei dem die Strahlformung auf dem Prinzip der optischen Beugung basiert, um das von dem Halbleiterlaserelement emittierte Licht entlang zumindest einer Richtung zu homogenisieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung ein eine Vielzahl von Mikrolinsen. Die Mikrolinsen können insbesondere dazu dienen, eine Homogenisierung des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierten Lichts entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu erreichen. Insbesondere kann die optische Anordnung ein Array aus einer Vielzahl von Mikrolinsen umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung ein erstes optische Element zur Kollimation des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierten Lichts entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts. Beispielsweise kann das erste optische Element durch eine Linse/FAC-Linse, beispielsweise gebildet durch ein Kunststoff Spritzgussteil, durch ein gegossenes Glasbauteil, oder durch ein 3D-gedrucktes Bauteil, gebildet sein. Insbesondere kann das erste optische Element durch ein für die von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement erzeugte Laserstrahlung durchlässiges Material wie beispielsweise einem Glas, einem Halbleitermaterial und/oder einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Das erste optische Element kann beispielsweise auch durch eine Keramik gebildet sein oder ein keramisches Material umfassen, wie beispielsweise ZrO oder SiN, oder es kann durch ein 3D druckbares Material gebildet sein, beispielsweise ausgehärtetem Methacrylat. Durch einen Entformungsprozess oder ein 3D Druck Verfahren kann das erste optische Element in eine gewünschte Form gebracht werden und anschließend beispielsweise auf der Anordnungsfläche dem Umlenkelement nachgeordnet angeordnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung ein zweites optische Element zur Homogenisierung des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierten Lichts entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts. Beispielsweise kann es sich bei dem zweiten optischen Element um ein Multilinsenarray handeln, das auf der Anordnungsfläche dem Umlenkelement nachgeordnet angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung zumindest eine der ersten und zweiten reflektierenden Oberfläche des Umlenkelementes bzw. ist die optische Anordnung zumindest zu Teilen durch eine reflektierende Beschichtung einer Oberfläche des Umlenkelementes gebildet. Insbesondere kann das Umlenkelement eine reflektierende Beschichtung aufweisen sein, die gleichzeitig ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren.
Die reflektierende Oberfläche(n) können derart ausgebildet sein, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht in Richtung der Lichtaustrittsfläche umzulenken. Zudem kann die reflektierende Oberfläche(n), beispielswiese durch eine gekrümmte Form, dazu ausgebildet sein, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren. Entsprechend kann auch das Umlenkelement ausgebildet sein, eine Kollimation des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierten Lichts entlang zumindest einer Richtung des Lichts zu bewirken. Dazu kann das Umlenkelement bzw. eine reflektierende Oberfläche des Umlenkelementes beispielsweise eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass das Umlenkelement derart ausgebildet ist, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren. Beispielsweise kann das Umlenkelement bzw. eine reflektierende Oberfläche des Umlenkelementes dazu beispielsweise eine gewellte/strukturierte Oberfläche aufweisen, die das Licht in eine gewünschte Richtung homogenisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung die Lichtaustrittsfläche und/oder Lichteintrittsfläche bzw. ist die optische Anordnung zumindest zu Teilen durch die Lichtaustrittsfläche und/oder Lichteintrittsfläche gebildet. Insbesondere kann die Lichtaustrittsfläche und/oder Lichteintrittsfläche ausgebildet sein ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren und/oder ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren. Die Lichteintritts- und/oder die Lichtaustrittsfläche können beispielswiese eine gekrümmte Oberfläche zur Kollimation und/oder eine gewellte Oberfläche aufgrund von einer Vielzahl von nebeneinander ausgebildeten Mikrolinsen zur Homogenisierung des Lichts aufweisen. Die Art und Orientierung der Krümmung, sowie die Form und Ausbildung der Mikrolinsen können dabei bestimmen, in welche Richtung des Lichts dieses kollimiert und/oder homogenisiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein senkrechter Abstand zwischen der ersten und der zweiten optischen Achse zumindest 8 mm, insbesondere zumindest 5 mm, oder zumindest 2mm oder zumindest 1 mm oder zumindest 0,5 mm. Ein derartiger Abstand erlaubt es ein aus dem Laserpackage ausreichend kollimiertes Licht mit ausreichend geringer Restdivergenz, insbesondere einer Restdivergenz von kleiner ± 0.05°, und ausreichend großem Strahlprofil, insbesondere einem Strahlprofil mit einem Durchmesser von mindestens 16 mm, oder mindestens 4 mm ohne Kollision mit dem Bodenelement auszukoppeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Laserpackage ein Deckelelement, das mit dem Bodenelement verbunden ist und das einen Rahmen bildet, der das wenigstens eine Halbleiterlaserelement das Umlenkelement und die optische Anordnung in eine laterale Richtung mit dem Bodenelement einkapselt. Insbesondere kann das Laserpackage mit einem Deckel verschlossen werden um eine ebene Oberseite für beispielsweise ein nachgeartetes Pick&Place Verfahren sowie einen mechanischen Schutz für die internen Komponenten zu erreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Deckelelement für ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht zumindest bereichsweise transparent ausgebildet und/oder weist ein Fenster auf, das im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes der optischen Anordnung nachgeordnet ausgebildet ist. Das Fenster oder ein für das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierte Licht transparenter Bereich bilden dabei eine Lichtemissionsfläche des Laserpackages durch das ein kollimiertes und/oder homogenisiertes Licht ausgekoppelt wird.
Die Lichtemissionsfläche des Deckelelementes kann dabei insbesondere eine äußere Oberfläche des Deckelelementes bzw. des Laserpackages sein, durch die das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierte Licht aus dem Deckelelement bzw. dem Laserpackage austritt. Die Lichtemissionsfläche kann entsprechend die Fläche des Laserpackages sein, durch die das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierte Licht das Laserpackage in kollimierter und/oder homogenisierter Weise verlässt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung ein drittes optische Element, das in das Deckelelement integriert ist, und insbesondere einstückig mit dem Deckelement ausgebildet ist. Das dritte optische Element kann beispielsweise eine in das Deckelemente gegossene oder geformte Linse oder ein in das Deckelemente gegossenes oder geformtes Mikrolinsenarray umfassen. Entsprechend kann das Deckelelement im Bereich, in dem das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierte Licht das Deckelement durchtritt, ein optisches Element umfassen, das das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierte Licht kollimiert und/oder homogenisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das dritte optische Element die Lichtemissionsfläche. Insbesondere kann das optische Element die Lichtemissionsfläche bilden, durch die das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierte Licht das Laserpackage in kollimierter und/oder homogenisierter Weise verlässt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Laserpackage ferner ein weiteres optisches Element, das im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf dem Deckelelement der Lichtemissionsfläche nachgelagert angeordnet ist. Das weitere optische Element kann beispielsweise ein Mikrolinsenarray umfassen oder daraus gebildet sein und kann insbesondere dazu ausgebildet sein, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren. Es ist jedoch auch möglich, dass das weitere optische Element durch eine Linse gebildet ist, die im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf dem Deckelelement der Lichtemissionsfläche nachgelagert angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren.
In einem Aspekt weist das Bodenelement eine Keramik als Hauptmaterial auf und weist insbesondere eine zumindest bereichsweise metallische Beschichtung und/oder elektrische Durchkontaktierungen auf. Das keramische Bodenelement kann beispielsweise AlN oder SiC umfassen und eine zumindest bereichsweise metallische Beschichtung und/oder elektrische Durchkontaktierungen aufweisen. Alternativ kann das Bodenelement im wesentlich vollständig aus einem metallischen Material wie beispielsweise Cu oder eine Cu-Basislegierung gebildet sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Laserpackages dient das Bodenelement sowohl der elektrischen Ansteuerung, der mechanischen Befestigung und/oder als Wärmesenke für Komponenten des Laserpackages. Insbesondere kann für das Bodenelement ein Material mit einem niedrigen CTE Wert verwendet werden (beispielswiese Silizium mit ~3ppm), um eine Defokussierung der optischen Anordnung aufgrund einer Temperarturerhöhung zu verhindern. Insbesondere kann das Bodenelement als thermische Bank für das wenigstens eine Halbleiterlaserelement, das Umlenkelement und die optische Anordnung dienen.
In einem Aspekt ist zwischen dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement und dem Bodenelement eine Submount angeordnet. Insbesondere können das wenigstens einen Halbleiterlaserelement und der Submount ein SubAssembly bilden, das auf der Anordnungsfläche angeordnet ist. Der Submount kann zu einem eine bessere Wärmeabfuhr aus dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement ermöglichen und kann zum anderen eine Erhöhung darstellen, um ein sogenanntes beam clipping des aus einer Laserfacette des wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierten Laserlichts zu verhindern. Der Submount kann beispielsweise metallisch ausgebildet sei, oder eine Keramik als Hauptmaterial aufweisen und insbesondere eine zumindest bereichsweise metallische Beschichtung und/oder elektrische Durchkontaktierungen aufweisen. Insbesondere umfasst das Laserpackage jeweils einen Submount, der einem Halbleiterlaserelement zugeordnet ist. Im Falle von einer Vielzahl von Halbleiterlaserelementen kann das Laserpackage dieselbe Anzahl von Submounts aufweisen wie die Anzahl von Halbleiterlaserelementen. Es ist jedoch auch denkbar, dass lediglich ein zusammenhängender Submount bereitgestellt ist auf dem die Halbleiterlaserelemente angeordnet sind.
In einem Aspekt ist das wenigstens eine Halbleiterlaserelement im Innenraum zwischen dem Bodenelement und dem Deckelelement hermetisch verkapselt. Insbesondere können das Deckelelement und das Bodenelement hermetisch miteinander gefügt sein. Dazu können Verbindungselemente zwischen den Komponenten beispielsweise durch ein metallisches Lot (Cu/Sn; Cu/Sn/Ag; Au/Sn) oder durch ein Glas gebildet sein. Dadurch ergibt sich ein hermetisch verkapseltes Laserpackage, das ein schnelles altern des wenigstens einen Halbeliterlaserelements verhindert.
In einem Aspekt ist das wenigstens eine Halbleiterlaserelement im Innenraum zwischen dem Bodenelement und dem Deckelelement nicht hermetisch verkapselt. Insbesondere können das Deckelelement und das Bodenelement mittels eines organischen Klebstoffes gefügt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das wenigstens eine Halbleiterlaserelement wenigstens zwei nebeneinander angeordnete aktive Zonen und jeweils eine an die aktiven Zonen angrenzende Laserfacette auf. Die Zahl zwei ist hierbei exemplarisch zu verstehen, und das wenigstens eine Halbleiterlaserelement kann auch drei, vier oder mehrere nebeneinander angeordnete aktive Zonen und jeweils an die aktiven Zonen angrenzende Laserfacette aufweisen. Ein derartiges Halbleiterlaserelement kann insbesondere Mehr-Kanal-Laser bezeichnet werden. Ein derartiges Halbleiterlaserelement kann dazu ausgebildet sein Licht unterschiedlicher Wellenlängen zu emittieren, oder kann dazu ausgebildet sein Licht im Wesentlichen der selben Wellenlänge zu emittieren.
In einem Aspekt umfasst das Laserpackage eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen, die beabstandet zueinander auf dem Bodenelement angeordnet sind. Insbesondere können ein oder mehrere Halbleiterlaserelemente in dem Laserpackage vorgesehen sein, um Licht der gleichen oder unterschiedlicher Wellenlängen zu emittieren. In einem Aspekt können die Halbleiterlaserelemente der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein. Insbesondere können die Halbleiterlaserelemente dabei äquidistant oder mit unterschiedlichen Anständen zueinander auf der Bodenplatte angeordnet sein.
In einem Aspekt umfasst das Laserpackage eine Vielzahl von einstückigen Umlenkelementen, die jeweils im Strahlengang eines der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen angeordnet sind und dazu ausgebildet sind, ein von dem entsprechenden Halbleiterlaserelement emittiertes Laserlicht umzulenken. Insbesondere umfasst das Laserpackage jeweils ein Umlenkelement, das einem Halbleiterlaserelement zugeordnet ist. Im Falle von einer Vielzahl von Halbleiterlaserelementen kann das Laserpackage dieselbe Anzahl von Umlenkelementen aufweisen wie die Anzahl von Halbleiterlaserelementen. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Umlenkelement durch ein zusammenhängendes Element gebildet ist, das das von den Halbleiterlaserelementen emittierte Licht jeweils umlenkt.
In einem Aspekt umfasst das Laserpackage eine Vielzahl von optischen Anordnungen. Insbesondere umfasst das Laserpackage jeweils eine optische Anordnung, die einem Halbleiterlaserelement zugeordnet ist. Im Falle von einer Vielzahl von Halbleiterlaserelementen kann das Laserpackage dieselbe Anzahl von optischen Anordnungen aufweisen wie die Anzahl von Halbleiterlaserelementen. Es ist jedoch auch denkbar, dass das jeweils nur eine optische Anordnung der Vielzahl von Halbleiterlaserelementen zugeordnet ist.
In einem Aspekt umfasst das Deckelelement ein Rahmenelement, das eine Keramik als Hauptmaterial aufweist, das benachbart zu dem Bodenelement auf dem Bodenelement angeordnet ist, und das einen Rahmen bildet, der das wenigstens eine Halbleiterlaserelement in eine laterale Richtung umgibt. Zudem weist das Deckelelement ein im wesentlichen transparentes Element bzw. einen im wesentlichen transparenten Bereich auf, der im Strahlengang des wenigstens einen Halbeiterlaserelementes angeordnet ist.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Laserpackages angegeben. Mittels des Verfahrens kann insbesondere ein hier beschriebenes Laserpackage hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das Laserpackage offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Ein Verfahren zu Herstellung eines Laserpackages, insbesondere eines Laserpackages nach zumindest eignen der zuvor genannten Aspekte, umfassend die Schritte:

Bereitstellen eines Bodenelementes, das eine Anordnungsfläche aufweist, auf der wenigstens ein Halbleiterlaserelement angeordnet ist, wobei das Halbleiterlaserelement dazu ausgebildet ist Licht entlang einer ersten optischen Achse zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Anordnungsfläche verläuft;
Bereitstellen eines einstückig ausgebildeten Umlenkelementes im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf der Anordnungsfläche, wobei das Umlenkelement dazu ausgebildet ist das entlang der ersten optischen Achse emittierte und über eine Lichteintrittsfläche des Umlenkelementes eingekoppelte Licht über eine Lichtaustrittsfläche des Umlenkelementes entlang einer zweiten optischen Achse auszukoppeln, die im Wesentlichen parallel zur ersten versetzt ist; und
Bereitstellen einer optischen Anordnung im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes dem Umlenkelement nachgeordnet auf der Anordnungsfläche, wobei die optische Anordnung dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren und/oder die dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittiertes Licht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren.

In einem Aspekt umfasst der Schritt des Bereitstellens der optischen Anordnung ein Platzieren eines ersten optischen Elementes zur Kollimation des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierten Lichts entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, auf der Anordnungsfläche. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Schritt des Bereitstellens der optischen Anordnung ein Platzieren eines zweiten optischen Elementes zur Homogenisierung des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierten Lichts entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, auf der Anordnungsfläche umfassen.
In einem Aspekt umfasst der Schritt des Bereitstellens des Bodenelementes mit dem wenigstens einen Halbeliterlaserelementes ein Anordnen des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf der Anordnungsfläche. Dies kann insbesondere ein Aufkleben oder Bonden des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf der Anordnungsfläche umfassen. Ferner kann der Schritt ein Anordnen eines Submountes auf der Anordnungsfläche und ein anschließendes Anordnen des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes auf dem Submount umfassen. Außerdem kann der Schritt ein Anordnen eines Subassemblies umfassend einen Submount und das wenigstens eine Halbleiterlaserelemente auf der Anordnungsfläche umfassen.
In einem Aspekt umfasst der Schritt des Bereitstellens des Umlenkelementes ein Anordnen und Ausrichten des Umlenkelementes auf der Anordnungsfläche.
In einem Aspekt umfasst das Verfahren ferner ein Bereitstellen eines für das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement emittierten Licht zumindest bereichsweise transparenten Deckelelementes in Form eines Bereitstellens einer zumindest bereichsweise transparenten Abdeckung oder einer ein Fenster aufweisenden Abdeckung auf dem Bodenelement. Insbesondere kann der Schritt ein Aufkleben oder Bonden der Abdeckung auf das Bodenelement umfassen, und insbesondere ein hermetisches Fügen der im wesentlichen transparenten Abdeckung auf das Bodenelement.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

1, 2, 3, 4 bis 5 zeigen jeweils eine Querschnittsansicht eines Laserpackages nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
Die 1, 2, 3, 4 bis 5 zeigen jeweils eine Querschnittsansicht eines Laserpackages 1 nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.
Das Laserpackage 1 umfasst ein Deckelement 11, das zusammen mit einem Bodenelement 2 einen Innenraum 23 für wenigstens ein Halbleiterlaserelement 4 ausbildet. Auf einer Anordnungsfläche 3 des Bodenelementes 2 ist wenigstens ein Subassembly aus einem Submount 22 und einem Halbleiterlaserelement 4 angeordnet. Das Laserpackage 1 kann dabei jeweils ein oder auch mehrere solcher Subassemblies, also ein oder mehrere Halbleiterlaserelemente 4 aufweisen, die auf dem Bodenelement angeordnet sind.
Das Deckelelement 11 bildet ein einen Rahmen, der das wenigstens eine Halbleiterlaserelement 4 in eine laterale (x- und z-Richtung) und vertikale Richtung (y-Richtung) umgibt. Ferner umfasst das Deckelelement 11 einen im wesentlichen transparenten Bereich oder ein Fenster 19, der im Strahlengang des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement 4 emittierten Laserlichts ausgebildet ist. Der transparente Bereich oder das Fenster 19 bilden dabei eine Lichtemissionsfläche 18, über die das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement 4 emittierte Laserlicht aus dem Laserpackage 1 austritt.
Das Bodenelement ist aus einer Keramik als Hauptmaterial gebildet und weist Kontaktflächen 21 bzw. Durchkontaktierungen auf über die das Halbeleiterlaserelement 4 elektrisch angeschlossen ist bzw. gemäß einem SMD Bauteil auf einem Zielsubstrat gebondet werden kann. Zudem weist das Bodenelement 2 Bondflächen auf mittels denen eine Verbindung zwischen dem Bodenelement 2 und dem Deckelelement 11 erzeugt wird. Dies ist jedoch lediglich exemplarisch zu verstehen, und eine Verbindung zwischen den Elementen kann auch anders geartet sein.
Das Halbleiterlaserelement 4 ist als kantenemittierender Laser ausgebildet, der dazu ausgebildet ist Licht L entlang einer ersten optischen Achse 12 zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Anordnungsfläche 3 verläuft. Um nun zu verhindern, dass das von dem Halbleiterlaserelement 4 emittierte Licht L mit der Anordnungsfläche 3 kollidiert ist zudem ist auf der Anordnungsfläche 3 ein einstückig ausgebildetes Umlenkelement 14 im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelements 4 angeordnet. Das Umlenkelement 14 ist dabei dazu ausgebildet, das entlang der ersten optischen Achse 12 emittierte und über eine Lichteintrittsfläche 9 des Umlenkelementes 14 eingekoppelte Licht L über eine Lichtaustrittsfläche 10 des Umlenkelementes 14 entlang einer zweiten optischen Achse 13 auszukoppeln, die im Wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse 12 versetzt ist. Insbesondere ist das Umlenkelement 14 entsprechend ausgebildet das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement 4 bzw. dessen optische Achse parallel zu verschieben, sodass die optische Achse des Lichts nach Verlassen des Umlenkelementes 14 weiter von der Anordnungsfläche 3 entfernt ist, als zum Zeitpunkt des Eintritts in das Umlenkelement 14.
Dem Umlenkelement 4 nachgeordnet bzw. zumindest teilweise in dieses integriert ist auf der Anordnungsfläche 3 im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes 4 eine optische Anordnung 5 angeordnet, die dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement 4 emittiertes Licht L entlang zumindest einer Richtung y, insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren und die dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement 4 emittiertes Licht L entlang zumindest einer Richtung z, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren.
Wie in 1 dargestellt ist das Umlenkelement 14 durch einen lichtdurchlässigen Volumenkörper gebildet, der auf der Anordnungsfläche 3 angeordnet ist. Die Lichteintrittsfläche 9 und die Lichtaustrittsfläche 10 des Umlenkelementes 14 sind dabei so ausgebildet und gegenüber der ersten optischen Achse 12 verkippt, dass aufgrund des Brechungsindexsprunges zwischen Umlenkelement 14 und dem das Umlenkelement 14 umgebende Medium eine Umlenkung des von dem Halbeliterlaserelement 4 emittierten Lichts L erfolgt, sodass es das Umlenkelement 14 aus der Lichtaustrittsfläche 10 mit einer zweiten optischen Achse verlässt, die im Wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse 12 versetzt ist. Insbesondere kann eine solche Verschiebung der optischen Achse dadurch erreicht werden, dass die Lichteintrittsfläche 9 und die Lichtaustrittsfläche 10 des Umlenkelementes 14 in zwei zueinander parallelen Ebenen liegen.
Durch die Verschiebung der optischen Achse des von dem Halbleiterlaserelement 4 emittierten Lichts L ist eine Ausbreitung des Lichts L entlang einer zur Anordnungsfläche 3 parallelen Richtung x ohne Kollision mit dem Bodenelement 2 bis zu einem größeren Abstand zur Facette des Halbleiterlaserelementes 4 möglich, als ohne eine derartige Verschiebung. Dadurch wiederum ist das Vorsehen der optischen Anordnung 5 in ausreichend großem Abstand zu dem Halbleiterlaserelement 4 möglich, sodass bereits eine gewünschte Aufspreizung des Lichtkegels erfolgt ist und dieser dann mit entsprechendem Durchmesser kollimiert uns/oder homogenisiert werden kann. Dazu kann es insbesondere gewünscht sein, die optische Achse um mindestens 8 mm, oder zumindest 2 mm in Richtung weg von der Anordnungsfläche 3 zu verschieben.
In der in 1 dargestellten Ausführung umfasst die optische Anordnung 5 ein erstes optisches Element 6 und ein zweites optisches Element 7, die auf der Anordnungsfläche 3 angeordnet sind. Das erste optische Element 6 ist im dargestellten Fall als FAC-Linse ausgebildet und insbesondere dazu ausgebildet das von dem Halbleiterlaserelement 4 emittierte Licht L entlang einer ersten Richtung y zu kollimieren, sodass das Licht L das erste optische Element 6 in kollimierter Weise verlässt. Das zweite optische Element 7 ist hingegen als Multilensarray (MLA) ausgebildet und insbesondere dazu ausgebildet, das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement 4 emittiertes Licht L entlang zumindest einer Richtung z, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren.
Im Gegensatz zu einer in Richtung senkrecht zur Anordnungsfläche 3 (y-Richtung) gestapelten Anordnung kann mit der dargestellten Anordnung („Stapelung“ in x-Richtung) ein sehr kompaktes Laserpackage 1 bereitgestellt werden. Zudem kann durch die dargestellte Anordnung eine sehr geringe Restdivergenz von kleiner ± 0.05° erreicht werden, da die optischen Komponenten der optischen Anordnung 5 auf demselben Substrate/Bodenelement 2 wie das Halbleiterlaserelement 4 angeordnet sind und somit eine Defokussierung der Linse 6 aufgrund von Temperaturunterschieden verhindert werden kann.
2 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform des in 1 dargestellten Laserpackages 1, welches zusätzlich ein Füllmaterial 17 umfasst das zwischen der Laserfacette des Halbleiterlaserelementes 4 und dem Umlenkelement 14 vorgesehen ist. Bei dem Füllmaterial kann es sich insbesondere um ein transparentes Material handeln, das einen unterschiedlichen Brechungsindex als das Material des Halbleiterlaserelementes 4 und des Umlenkelementes 14 aufweist, und unter anderem zum Schutz der Laserfacette dient.
3 zeigt eine Weiterbildung des Umlenkelementes 14. Das Umlenkelement 14 ist durch einen lichtdurchlässigen Volumenkörper gebildet ist, der auf der Anordnungsfläche 3 angeordnet. Das Umlenkelement 14 weist eine erste und eine zweite reflektierende Oberfläche 15, 16 auf, die so angeordnet und ausgebildet sind, dass eine Umlenkung des von dem Halbeliterlaserelement 4 emittierten Lichts L derart erfolgt, dass es das Umlenkelement 14 aus der Lichtaustrittsfläche 10 mit einer zweiten optischen Achse verlässt, die im Wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse 12 versetzt ist. Bei den reflektierenden Oberflächen 15, 16 kann es sich dabei um jeweils zwei Oberflächen handeln, die mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet sind.
Durch die reflektierenden Oberflächen 15, 16 wird eine Mehrfachreflexion innerhalb des Umlenkelementes erreicht, um einerseits die optische Achse des von dem Halbleiterlaserelement 4 emittierten Lichts L zu verschieben und um gleichzeitig den von dem Licht zurückgelegten Weg innerhalb des Laserpackages 1 ohne Vergrößerung des Laserpackages 1 zu verlängern, um eine gewünschte Aufspreizung des Lichts zu erreichen bevor diese kollimiert wird. Die dargestellte Anzahl von zwei reflektierenden Oberflächen 15, 16 ist dabei als exemplarisch zu verstehen und es können auch mehrere reflektierende Oberflächen vorgesehen sein, um die optische Achse des von dem Halbleiterlaserelement 4 emittierten Lichts L zu verschieben.
Die 4 und 5 zeigen jeweils eine Ausführungsform eines Laserpackages 1, bei dem zumindest ein Teil der optischen Anordnung 5 in das Umlenkelement 14 integriert ist. Wie in 4 dargestellt kann beispielsweise eine der reflektierenden Oberflächen derart ausgebildet sein, beispielsweise gekrümmt, um neben einer Umlenkung auch das von dem Halbleiterlaserelement 4 emittierte Licht L entlang einer ersten Richtung y zu kollimieren, sodass das Licht L das Umlenkelement in kollimierter Weise verlässt. Ebenso kann, wie in 5 dargestellt, auch die Lichtaustrittsfläche 10 ausgebildet sein, beispielsweise linsenförmig, um das von dem Halbleiterlaserelement 4 emittierte Licht L entlang einer ersten Richtung y zu kollimieren, sodass das Licht L das Umlenkelement 14 in kollimierter Weise verlässt.
Nicht dargestellt aber ebenso denkbar ist es zusätzlich oder alternativ, dass eine reflektierende Oberfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche 10 ausgebildet ist das von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement 4 emittierte Licht L entlang zumindest einer Richtung z, insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren, sodass das Licht L das Umlenkelement 14 in homogenisierter Weise verlässt.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Laserpackage
2: Bodenelement
3: Anordnungsfläche
4: Halbleiterlaserelement
5: optische Anordnung
6: erstes optisches Element
7: zweites optisches Element
9: Lichteintrittsfläche
10: Lichtaustrittsfläche
11: Deckelelement
12: erste optische Achse
13: zweite optische Achse
14: Umlenkelement
15: reflektierende Oberfläche
16: reflektierende Oberfläche
17: Füllmaterial
18: Lichtemissionsfläche
19: Fenster
20: Kontaktfläche
22: Submount
23: Innenraum
25 26 x, y, z: Richtung
d: Abstand
L: Licht

Claims

Laserpackage (1) umfassend: ein Bodenelement (2), das eine Anordnungsfläche (3) aufweist, auf der wenigstens ein Halbleiterlaserelement (4) angeordnet ist, wobei das Halbleiterlaserelement (4) dazu ausgebildet ist Licht (L) entlang einer ersten optischen Achse (12) zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Anordnungsfläche (3) verläuft; ein einstückig ausgebildetes Umlenkelement (14), das im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes (4) auf der Anordnungsfläche (3) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist das entlang der ersten optischen Achse (12) emittierte und über eine Lichteintrittsfläche (9) des Umlenkelementes (14) eingekoppelte Licht (L) über eine Lichtaustrittsfläche (10) des Umlenkelementes (14) entlang einer zweiten optischen Achse (13) auszukoppeln, die im Wesentlichen parallel zur ersten optischen Achse (12) versetzt ist; und eine optische Anordnung (5), die im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes (4) dem Umlenkelement (14) nachgeordnet auf der Anordnungsfläche (3) angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittiertes Licht (L) entlang zumindest einer Richtung (y), insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren und/oder die dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittiertes Licht (L) entlang zumindest einer Richtung (z), insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren.
Laserpackage nach Anspruch 1, wobei die optische Anordnung (5) zumindest eines aus einem Mikrolinsenarray; einer Kollimationslinse; und einem Prisma umfasst.
Laserpackage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optische Anordnung (5) ein erstes optische Element (6) zur Kollimation des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittierten Lichts (L) entlang zumindest einer Richtung (y), insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, umfasst.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Anordnung (5) ein zweites optische Element (7) zur Homogenisierung des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittierten Lichts (L) entlang zumindest einer Richtung (z), insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, umfasst.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichteintrittsfläche (9) und/oder die Lichtaustrittsfläche (10) gegenüber der Anordnungsfläche (3) verkippt ist, und insbesondere mit der Anordnungsfläche (3) einen Winkel von kleiner 90° einschließt.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichteintrittsfläche (9) und die Lichtaustrittsfläche (10) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umlenkelement (14) wenigstens eine erste und der ersten gegenüberliegende zweite reflektierende Oberfläche (15, 16) umfasst, die im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes (4) zwischen der Lichteintrittsfläche (9) und der Lichtaustrittsfläche (10) angeordnet sind.
Laserpackage nach Anspruch 7, wobei die erste und/oder zweite reflektierende Oberfläche (15, 16) gegenüber der Anordnungsfläche (3) verkippt ist, und insbesondere mit der Anordnungsfläche (3) einen Winkel von kleiner 90° einschließt.
Laserpackage nach Anspruch 7 oder 8, wobei die optische Anordnung (5) zumindest eine der ersten und zweiten reflektierenden Oberfläche (15, 16) umfasst, und zumindest eine der eine der ersten und zweiten reflektierenden Oberfläche (15, 16) ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittiertes Licht (L) entlang zumindest einer Richtung (y), insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Anordnung (5) die Lichtaustrittsfläche (10) umfasst, und die Lichtaustrittsfläche (10) ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittiertes Licht (L) entlang zumindest einer Richtung (y), insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein senkrechter Abstand (d) zwischen der ersten und der zweiten optischen Achse (12, 13) zumindest 2 mm beträgt.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Deckelelement (11), das auf der Anordnungsfläche (3) angeordnet ist und einen Rahmen bildet, der das wenigstens eine Halbleiterlaserelement (4), das Umlenkelement (14) und die optische Anordnung (5) mit dem Bodenelement (2) einkapselt.
Laserpackage nach Anspruch 12, wobei das Deckelelement (11) für ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittiertes Licht (L) zumindest bereichsweise transparent ausgebildet ist; und/oder ein Fenster (19) im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes (4) der optischen Anordnung (5) nachgeordnet umfasst.
Laserpackage nach Anspruch 12 oder 13, wobei die optische Anordnung (5) ein drittes optische Element (8) umfasst, das in das Deckelelement (11) integriert ist, und insbesondere einstückig mit dem Deckelement (11) ausgebildet ist.
Laserpackage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das wenigstens eine Halbleiterlaserelement (4) im Innenraum (23) zwischen dem Bodenelement (2), und dem Deckelelement (11) hermetisch verkapselt ist.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) und der Bodenplatte (2) eine Submount (22) angeordnet ist.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Halbleiterlaserelement (4) durch einen Mehr-Kanal-Laser gebildet ist und/oder das Laserpackage (1) eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen (4) umfasst.
Verfahren zu Herstellung eines Laserpackages (1), insbesondere Laserpackages nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Bodenelementes (2), das eine Anordnungsfläche (3) aufweist, auf der wenigstens ein Halbleiterlaserelement (4) angeordnet ist, wobei das Halbleiterlaserelement (4) dazu ausgebildet ist Licht (L) entlang einer ersten optischen Achse (12) zu emittieren, die im Wesentlichen parallel zu der Anordnungsfläche (3) verläuft; Bereitstellen eines einstückig ausgebildeten Umlenkelementes (14) im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes (4) auf der Anordnungsfläche (3), wobei das Umlenkelement (14) dazu ausgebildet ist das entlang der ersten optischen Achse (12) emittierte und über eine Lichteintrittsfläche (9) des Umlenkelementes (14) eingekoppelte Licht (L) über eine Lichtaustrittsfläche (10) des Umlenkelementes (14) entlang einer zweiten optischen Achse (13) auszukoppeln, die im Wesentlichen parallel zur ersten versetzt ist; und Bereitstellen einer optischen Anordnung (5) im Strahlengang des wenigstens einen Halbleiterlaserelementes (4) dem Umlenkelement (14) nachgeordnet auf der Anordnungsfläche (3), wobei die optische Anordnung (5) dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittiertes Licht (L) entlang zumindest einer Richtung (y), insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, zu kollimieren und/oder die dazu ausgebildet ist ein von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittiertes Licht (L) entlang zumindest einer Richtung (z), insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, zu homogenisieren.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Bereitstellens der optischen Anordnung (5) ein Platzieren eines ersten optischen Elementes (6) zur Kollimation des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittierten Lichts (L) entlang zumindest einer Richtung (y), insbesondere entlang einer schnellen Achse des Lichts, auf der Anordnungsfläche (3) umfasst; und/oder wobei der Schritt des Bereitstellens der optischen Anordnung (5) ein Platzieren eines zweiten optischen Elementes (7) zur Homogenisierung des von dem wenigstens einen Halbleiterlaserelement (4) emittierten Lichts (L) entlang zumindest einer Richtung (z), insbesondere entlang einer langsamen Achse des Lichts, auf der Anordnungsfläche (3) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassen ein Bereitstellen eines Deckelelementes (11) auf der Anordnungsfläche (3), wobei das Deckelelement (11) einen Rahmen bildet, der das wenigstens eine Halbleiterlaserelement (4), das Umlenkelement (14) und die optische Anordnung (5) mit dem Bodenelement (2) einkapselt.